靠體重驅動的人力交通工具的製作方法

2023-07-20 06:10:46 4

專利名稱：靠體重驅動的人力交通工具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種靠體重驅動的二輪車、三輪車、四輪車、水上自行車、小船和人力飛機等靠人力驅動的交通工具。
目前除了手推車之外，凡是乘騎的單輪車、二輪車和三輪車等，均以人腿的蹬力作為驅動力。靠腿力驅動，當驅動時間較長或負載較大或想提高車速或在有坡度的路面上坡時，需要不斷地消耗體能或加大驅動力，使乘騎者很快感到疲勞，所以人力驅動車的最大缺點是受腿力的限制，驅動力小、消耗體能較大、較長時間保持初始的驅動功率很困難，而且車速不快。因此，欲提高人力驅動車的驅動力是人類發明自行車200多年以來的追求，其結果導致了摩託車和助力車的發明和發展，但摩託車和助力車必須設置消耗能源的內燃機或電動機作為動力裝置，而且體積和重量加大，因此，無法取代不消耗其它能源的人力驅動車。為此，人們不斷探索，不僅發明了多種變速機構，而且改進車體、車輪的結構和材質，以減輕車體重量、提高傳動效率、減少體能消耗或提高車速，但以上種種改進均不能達到在不消耗外加能源的情況下，增加驅動力的目的。
凡騎車的人都能體會到自行車在有很小坡度的路面上，下坡時不用腿蹬曲柄會自動下滑，而且其下滑速度越來越快，這是重力在作功，此時人不消耗體能。觀察自行車比賽，在上坡路面，幾乎所有運動員均採取站立式驅動姿勢，可是一旦上完坡路，無一例外地都採用坐騎姿勢，這說明乘騎者的最大驅動力是人的體重。這兩種現象充分說明人們早已體會到能夠用乘騎者的自身體重驅動自行車，可大大增加驅動力的道理。可是乘騎現行自行車，如果採取站立式驅動姿勢，可使驅動力瞬間增加到與體重相同，但立刻使騎車者感到極端費力、不方便和行駛不穩定，所以這種站立式姿勢只能保持很短時間，其原因在於傳統的曲柄、鏈輪和鏈條的驅動機構很不適合於站立式靠體重驅動，因此，發明一種行之有效、方便舒適地能靠體重驅動的傳動機構，是實現不消耗其它能源，卻能增加驅動力和提高車速的人力交通工具的關鍵。
本實用新型的目的是要提供一種靠體重驅動的人力交通工具，即不消耗其它能源、只靠體重增加驅動力、提高車速、減小體能消耗、方便舒適地長時間驅動的人力交通工具。這種人力交通工具，能夠使乘騎者的左右腳方便舒適地上下交替踩踏板，因而可使驅動力增加到始終與體重相同、車速提高、體能消耗大大減小，從而能夠長時間舒適地以體重驅動。
本實用新型的目的是這樣實現的所提供的一種靠體重驅動的人力交通工具包括前輪、後輪、把手組件，其特徵在於，該交通工具還包括驅動機構、傳動箱、踩踏機構、聯軸器、一對傘齒輪，所述的驅動機構設在封閉性的傳動箱2內，驅動機構的輸入軸(I-I)從傳動箱的前面伸出，其上設置踩踏機構1，驅動結構的輸出軸(II-II)從傳動箱2後面伸出，其上連接一個聯軸器3，聯軸器3和一根傳力杆4連接，一對傘齒輪6和7分別設置在傳力杆4的另一端和車輪軸8上。踩踏機構1的踏板(1-3)或(1-6)或(1-8)，在左右腳交替不斷地踩踏下，即在體重的作用下，使傳動箱2內的輸入軸(I-I)不斷地左右交替擺動，進而使輸出軸(II-II)始終向順時針方向旋轉，由輸出軸(II-II)傳出的驅動力矩，通過萬向節聯軸器3、傳力杆4和一對傘齒輪6和7，驅動車輪9向逆時針方向轉動，即該人力交通工具向前行駛。
其中所述驅動機構，其輸入軸(I-I)和輸出軸(II-II)平行放置，在輸入軸(I-I)上，固定一個帶有棘爪結構的鏈輪2-1和一個帶有棘爪結構的齒輪2-3，鏈輪2-1上的棘爪2-6的外環可按順時針方向旋轉，齒輪2-3上的棘爪2-7的外環可按逆時針方向旋轉，在輸出軸(II-II)上，相應地固定一個鏈輪2-2和一個齒輪2-4，鏈輪2-1與鏈輪2-2由鏈條2-5傳動，齒輪2-3與齒輪2-4相互嚙合傳動。
所述的驅動機構，其輸入軸(I-I)上，固定帶有棘爪結構的鏈輪2-1和不帶棘爪結構的齒輪2-3，在輸出軸(II-II)上，相應地固定不帶棘爪結構的鏈輪2-2和帶有棘爪結構的齒輪2-4，兩個輪上的棘爪放置方向為相對或相反。即輸出軸(I-I)左右雙向交替擺動，輸出軸(II-II)始終連續不斷地向順時針或逆時針方向旋轉。
踩踏輸入軸上的踏板，驅動機構能使車輪向逆時針方向轉動，從而使人力交通工具向前行駛，在不踩踏板時驅動機構能使交通工具自動滑行。當驅動輪向順時針方向轉動時驅動機構處於自鎖狀態，不能後退，因此，在輸出軸內孔中設置了花鍵聯軸器，能使輸出軸與花鍵萬向聯軸器一端的花鍵孔瞬間連接或脫離，當驅動交通工具向前行駛或自動滑行時，花鍵聯軸器使輸出軸與花鍵萬向聯軸器一端的花鍵孔處於連接狀態，當交通工具需要向後退時，可拉出花鍵聯軸器，使輸出軸與花鍵萬向聯軸器一端的花鍵孔處於脫離狀態，此時車輪向順時針方向轉動，所產生的反向力矩不能傳遞到輸出軸上，因此，可使人力交通工具隨意向後退。
驅動用踩踏結構，可採取使踏板垂直上下直線移動方式，或採取一根踏杆左右踩踏方式或採取平行四邊形踩踏方式。這些踩踏方式均能方便地實現左右腳不斷交替踩踏，使乘騎者的體重全部轉變成驅動力。
本實用新型與現有技術相比其優點和效果，首先是在不消耗其它能源的前提下，只靠體重驅動人力交通工具，顯著地增加驅動力和提高車速，使人的體能消耗較現行驅動方式大大減小。由於車況、路況和乘騎者的體重不同等原因，不能準確地以某一個數據表示驅動力增加、車速提高和體能消耗減少的具體量，但用上下樓梯的極簡單的物理現象作比較，很容易理解本實用新型技術的優點和效果以及實用性。上樓梯要靠腿力克服自身重力，乘騎現行的人力交通工具要靠腿力克服摩擦阻力和重力，上樓梯和騎車都一樣必需靠消耗體能作功。可是下樓梯與上樓梯比情況大不相同，下樓梯不僅感到輕鬆，而且速度也快，這是人體的重力作功所致，所以下樓梯是人藉助於重力，使體能消耗很少，作功的能力大大增加。同樣道理，如果乘騎自行車時，也能方便舒適地藉助體重的重力作功，那麼也能象下樓梯一樣，既能使體能消耗很小，驅動力大大增加。在乘騎自行車時，由於身體向上沒有約束，人腿無論怎麼使勁，腿的最大蹬力，不超過自身的體重，可是利用驅動機構，就用不著人腿使勁踩蹬，在重力的作用下，甚至只踩不用蹬，就可使體重全部作用到踏板上，使驅動力始終與體重相同，這就能在體能消耗大大節省的前提下，使驅動力增加到始終與體重相同、車速提高。其次，驅動機構的傳動構件均在很小的封閉體內，具有結構簡單緊湊、防塵防水、潤滑充分、傳動可靠效率高、傳動比可大可小、維修方便和使用壽命長等的優點。
作為本實用新型技術的實施例之一，申請人研製成功了二輪重力自行車，這種重力自行車是在現行的二輪自行車的基礎上，用驅動機構取代了曲柄、鏈輪和鏈條的驅動機構，達到了方便舒適地以體重驅動自行車的目的。為了攜帶和放置方便，儘可能減小佔據空間，車把和車體均設計成可摺疊的結構，因而可以把摺疊好的二輪重力自行車放進專用袋子中便於攜帶或放置在房間的角落裡。申請人命名這種以體重驅動的人力二輪車，稱為重力自行車。根據試驗測定的數據，已確認重力自行車性能均優越於現行的自行車。
以下結合附圖詳細說明本實用新型的較佳實施例。其中


圖1為輸入軸擺動變為輸出軸單向旋轉的驅動機構的驅動車輪原理圖2、圖3為驅動機構的傳動箱結構示意圖；圖4為實現車輪後退功能的結構原理圖；圖5為垂直上下踩踏機構的結構示意圖；圖6為一根踏杆的踩踏機構的結構示意圖；圖7為平行四邊形踩踏機構的結構示意圖；圖8為靠體重驅動結合傳動機構應用於兩輪自行車上的實施例的示意圖；圖9為把手摺疊結構示意圖；
圖10為可使車架兩折的摺疊結構示意圖。
圖1所示的驅動機構是實現本實用新型目的關鍵結構。在封閉性很好的傳動箱2前面伸出的輸入軸I-I上，設置可左右交替上下踩踏的驅動用踩踏機構1，在傳動箱2後面伸出的輸出軸II-II上，連接一個聯軸器(萬向節)3和一根傳力杆4，在傳力杆4的另一端和車輪8上設置一對傘齒輪(或環形齒輪)6和7，輸出軸II-II、萬向節3、傳力杆4及傘齒輪6和7，均設置在一根封閉管子5內，傳動箱2與車輪軸8通過封閉管子5相連結。其工作原理為當左右腳交替不斷地上下踩踩踏機構1的踏板1-3或1-6或1-8(見圖5、6、7)時，在體重的作用下，使傳動箱2內的輸入軸I-I不斷地左右交替擺動，進而使輸出軸II-II始終向順時針方向旋轉。由輸出軸II-II傳出的驅動力矩，通過萬向節聯軸器3、傳力杆4和一對傘齒輪(或環形齒輪)6和7，使車輪9向逆時針方向旋轉，使人力交通工具向前行駛。
圖2和圖3為達到輸入軸I-I左右擺動，使輸出軸II-II變為單向旋轉的驅動機構的兩種實施方案。圖2所示的驅動機構的傳動箱2中平行設置一根輸入軸I-I和一根輸出軸II-II，在輸入軸I-I上，固定一個帶有棘爪結構的鏈輪2-1和一個帶有棘爪結構的齒輪2-3，鏈輪2-1上的棘爪2-6的外環可按順時針方向旋轉，齒輪2-3上的棘爪2-7的外環可按逆時針方向旋轉，在輸出軸II-II上，相應地固定一個鏈輪2-2和一個齒輪2-4，鏈輪2-1與鏈輪2-2用鏈條2-5傳動，齒輪2-3與齒輪2-4相互嚙合傳動。當輸入軸I-I按細箭頭的順時針方向轉動時，鏈輪2-1通過鏈條2-5驅動鏈輪2-2使輸出軸II-II向順時針方向旋轉，此時齒輪2-3與齒輪2-4雖然嚙合，但由於齒輪2-3上的棘爪2-7的作用，使齒輪2-3空轉不傳遞力矩，當輸入軸I-I按粗箭頭逆時針方向轉動時，齒輪2-3驅動齒輪2-4，使輸出軸II-II也向順時針方向旋轉，此時由於鏈輪2-1上的棘爪2-6的作用，使鏈輪2-1空轉不傳遞力矩，這樣輸入軸I-I左右雙向交替擺動，可使輸出軸II-II始終連續不斷地向順時針方旋傳。
如果輸入軸I-I上的鏈輪1的棘爪2-6和齒輪2-3的棘爪2-7放置的方向各自與圖2所示的棘爪方向相反時，輸入軸I-I左右雙向交替擺動，可使輸出軸II-II始終連續不斷地向逆時針方向旋轉，但這與驅動人力交通工具行駛的方向相反，故不實用。
除了圖2結構中所示的棘爪設置與放置方向不同的四種組合中只有兩組能使輸出軸II-II始終連續不斷地向順時針和逆時針方向旋轉外，還有把棘爪設置在鏈輪2-1和齒輪2-4上的四種組合中的兩組，也能夠實現使輸出軸輸入軸I-I始終向順時針或逆時針方向的旋轉，除此之外的其它組合方式均不能實現輸入軸I-I的雙向擺動或輸出軸II-II的單向旋轉。
圖2和圖3所示結構中鏈輪2-1和鏈輪2-2，可用皮帶輪或齒型輪或繩輪取代，棘爪2-6和2-7除採用如圖2所示的常用結構外，也可以採用滾子摩擦式或偏心扇形塊摩擦式棘爪，但其傳動原理完全相同。圖3是輸入軸I-I上，固定一個帶有棘爪結構的齒輪2-8和一個帶有棘爪結構的齒輪2-10，棘爪的放置方向與圖2相反，在輸出軸II-II上，相應地固定一個齒輪2-9和一個齒輪2-11，輸入軸I-I上的齒輪2-8與輸出軸II-II上的齒輪2-9相互嚙合傳動，輸入軸I-I上的齒輪2-10與輸出軸II-II上的齒輪2-11，通過一個介輪2-12嚙合傳動，但其工作原理與圖2所示的工作原理完全相同。申請人認為圖2所示的鏈輪、鏈條和齒輪或齒型輪、齒型帶和齒輪組合的結構較為合理。
根據裝置或機器的使用性能的要求，設計鏈輪2-1、2-2和齒輪2-3、2-4的不同配合尺寸，可得到不同的傳動比。
圖4為實現車輪後退功能的結構示意圖。輸出軸II-II內孔中配入的花鍵聯軸器14，在壓縮彈簧13的作用下與花鍵萬向聯軸器15一端的花鍵孔處於配合狀態時，能夠傳遞驅動力矩，當花鍵聯軸器14處於如圖4所示的拉出狀態，與花鍵萬向聯軸器15一端的花鍵孔脫離時，不能把車輪9後退的轉動力矩傳給輸出軸II-II上，能使車輪9向順時針方向迴轉，達到使人力交通工具後退的目的。
圖5為垂直上下踩踏機構的結構示意圖，鏈輪或齒形輪或繩輪1-1固定在輸入軸I-I的前端上，踏板1-3通過滑快1-4與鏈條或齒形帶或鋼絲繩1-2相連，當左右交替踩踏板1-3時，在體重的作用下，使踏板1-3沿左右導條1-5上下垂直移動，這時使輸入軸I-I隨鏈輪或齒形輪或繩輪1-1，不斷交替地左右迴轉，此時垂直作用在踏板上的體重全部轉變成驅動力矩輸入到傳動箱2中，並由輸出軸II-II輸出。
圖6為一根踏杆踩踏機構的結構示意圖，踏杆1-7固定在輸入軸I-I的前端上，踏板1-6鉸接在踏杆1-7兩端上，左右腳交替踩踏板1-6，可使體重全部轉變成驅動力矩。
圖7為用平行四邊形踩踏機構的結構示意圖，踏杆1-9固置在輸入軸I-I的前端上，輔助踏杆1-11鉸接在支軸1-10上，踏板1-8鉸接在踏杆1-9和輔助踏杆1-11的兩端上。左右腳交替踩踏板1-8，可使體重全部轉變成驅動力矩。
圖8為本實用新型的人力交通工具在二輪重力自行車上實施例的示意圖，是在現行的兩輪自行車結構的基礎上，用驅動機構取代現行的曲柄、鏈輪和鏈條的驅動機構。圖8和
圖1中的1為踩踏機構、2為傳動箱、5為支撐管，在封閉支撐管子5內放置了花鍵聯軸器15和萬向節聯軸器3，傳力杆4和一對傘齒輪(或環形齒輪)6和7，本實用新型實施例之一的重力自行車的車體和手把設計成摺疊式。
圖9為把手組件11的摺疊結構的示意圖，手把11-6通過軸11-3與摺疊座11-2鉸接繞軸11-3轉動，固定銷11-5在彈簧11-4的推力作用下，被頂入手把11-6的孔中，拉動鈕手11-1，可使固定銷11-5脫離手把11-6上的固定孔位置，達到展平或收起手把11-6的目的。
圖10為車體可兩折的摺疊結構12的示意圖，前折頁12-1與後折頁12-2通過鉸鏈軸12-3鉸接，螺栓12-4與螺母塊12-5通過固定板12-6，使車體處於伸平或者收起狀態。
本實用新型的靠體重驅動的人力交通工具除重力二輪自行車的實施例之外，其它實施例如三輪車、四輪車、水上自行車和人力飛機等人力驅動交通工具上，本領域的技術人員用驅動機構取代曲柄、鏈輪和鏈條驅動機構，很容易實現靠體重驅動的目的，其設置方法及形式與二輪重力自行車的情況基本相同，因此，不再具體敘述。
權利要求1.一種靠體重驅動的人力交通工具，包括前輪、後輪、把手組件，其特徵在於，該交通工具還包括驅動機構、傳動箱、踩踏機構、聯軸器、一對傘齒輪，所述的驅動機構設在封閉性的傳動箱(2)內，驅動機構的輸入軸(I-I)從傳動箱的前面伸出，其上設置踩踏機構(1)，驅動結構的輸出軸(II-II)從傳動箱(2)後面伸出，其上連接一個聯軸器(3)，聯軸器(3)和一根傳力杆(4)連接，一對傘齒輪(6)和(7)分別設置在傳力杆(4)的另一端和車輪軸(8)上。
2.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其輸入軸(I-I)和輸出軸(II-II)平行放置，在輸入軸(I-I)上，固定一個帶有棘爪結構的鏈輪(2-1)和一個帶有棘爪結構的齒輪(2-3)，鏈輪(2-1)上的棘爪(2-6)的外環可按順時針方向旋轉，齒輪(2-3)上的棘爪(2-7)的外環可按逆時針方向旋轉，在輸出軸(II-II)上，相應地固定一個鏈輪(2-2)和一個齒輪(2-4)，鏈輪(2-1)與鏈輪(2-2)由鏈條(2-5)傳動，齒輪(2-3)與齒輪(2-4)相互嚙合傳動。
3.根據權利要求2所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其輸入軸(I-I)上的鏈輪(2-1)和齒輪(2-3)的兩個棘爪的方向為各自倒轉放置。
4.根據權利要求2所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其輸入軸(I-I)上，固定帶有棘爪結構的鏈輪(2-1)和不帶棘爪結構的齒輪(2-3)，在輸出軸(II-II)上，相應地固定不帶棘爪結構的鏈輪(2-2)和帶有棘爪結構的齒輪(2-4)，兩個輪上的棘爪放置方向為相對或相反。
5.根據權利要求2所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其輸入軸(I-I)上的鏈輪(2-1)和輸出軸(II-II)上的鏈輪(2-2)是皮帶輪或齒型輪或繩輪，棘爪(2-6)和(2-7)是滾子摩擦式和偏心扇形塊摩擦式棘爪。
6.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的輸出軸(II-II)、聯軸器(3)、傳力杆(4)及一對傘齒輪(6)和(7)均設置在一根封閉的管子(5)內。
7.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的一對傘齒輪(6)(7)是一對環形齒輪。
8.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其輸入軸(I-I)上固定帶有棘爪結構的齒輪(2-8)和帶有棘爪結構的齒輪(2-10)，兩個齒輪上的棘爪放置方向相對或相反，在輸出軸(II-II)上相應地固定齒輪(2-9)和齒輪(2-11)，輸入軸(I-I)上的齒輪(2-8)與輸出軸(II-II)上的齒輪(2-9)相互嚙合傳動，輸入軸(I-I)上的齒輪(2-10)與輸出軸(II-II)上的齒輪(2-11)，通過一個介輪(2-12)相互嚙合傳動，或者輸入軸(I-I)上，固定帶有棘爪結構的齒輪(2-8)和不帶棘爪結構的齒輪(2-10)，在輸出軸(II-II)上相應地固定不帶棘爪結構的齒輪(2-9)和帶棘爪結構的齒輪(2-11)，兩個齒輪上的棘爪放置方向相對或相反。
9.根據權利要求2所述的靠以體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其鏈輪(2-1)、(2-2)和齒輪(2-3)、(2-4)選擇不同大小尺寸的配合。
10.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於所述的驅動機構，其輸出軸(II-II)內孔中配接花鍵聯軸器(14)，所述花鍵聯軸器的左端面伸出細杆並套設壓縮彈簧(13)，壓縮彈簧頂壓該左端面，花鍵聯軸器(14)的右端花鍵軸或與花鍵萬向聯軸器(15)一端的花鍵孔配合，或從花鍵萬向聯軸器(15)一端的花鍵孔移動脫出，即車輪(9)向順時針方向迴轉，人力交通工具向後退移動。
11.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於驅動用的踩踏機構(1)的結構，是在輸入軸上設有鏈輪(1-1)，並在圓圈上相應繞接鏈條(1-2)，在鏈條(1-2)的兩端分別設有踏板(1-3)，即踏板(1-3)垂直上下直線移動。
12.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在驅動用的踩踏機構(1)的結構，是在輸入軸上設有齒形輪或繩輪，在輪圓圈上相應繞接齒形帶或鋼繩，其兩端分別設有踏板(1-3)。
13.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於驅動用的踩踏機構(1)的結構，是在輸入軸上樞設有踏杆(1-7)，踏板(1-6)鉸接在踏杆(1-7)的兩端。
14.根據權利要求1所述的靠體重驅動的人力交通工具，其特徵在於驅動用的踩踏機構(1)的結構，是在輸入軸上設有踏杆(1-9)，輔助踏杆(1-11)與踏杆(1-9)適當間隔並平行設置，在踏杆(1-9)和輔助踏杆(1-11)的兩端分別鉸接踏板(1-8)。
15.根據權利要求1所述的體重驅動的交通工具，其特徵在於所述的把手組件(11)，它包括摺疊座(11-2)、軸(11-3)、手把(11-6)、固定鎖(11-5)、彈簧(11-4)、拉動鈕手(11-1)，所述的摺疊座(11-2)在鄰近其兩端處分別設有軸(11-3)，手把(11-6)的端部插入摺疊座(11-2)並繞著軸(11-3)轉動，所述手把(11-6)的端部具有水平方向與垂直方向的通孔，彈簧(11-4)沿水平方向頂壓固定銷(11-5)的一端部，即其固定銷(11-5)的另一端插入手把(11-6)端部相應的水平通孔或垂直通孔內，所述的固定銷(11-5)在與軸線垂直的方向固設拉動鈕手(11-1)。
專利摘要一種靠體重驅動的人力交通工具,包括一種輸入軸和輸出軸平行放置,能使輸入軸擺動變為輸出軸單向旋轉的驅動機構,取代現行的曲柄、鏈輪和鏈條的驅動機構。該人力交通工具具有顯著地增加驅動力和提高車速,使人的體能消耗較現驅動方式大大減小。而且所有傳動件均在很小的封閉體內,結構簡單緊湊,傳動效率高、防塵防水、潤滑充分、維護簡便、使用壽命長,它是現行人力驅動交通工具的一種替代產品。
文檔編號F16H29/00GK2485444SQ0120235
公開日2002年4月10日 申請日期2001年2月23日 優先權日2001年2月23日
發明者樸承鎬, 羅予澤 申請人:樸承鎬, 羅予澤